Kompozit yapay diş malzemelerinin hazırlanması

Kompozit yapay diş malzemelerinin geliştirilmesinde kesikli faz olarak nano ve mikron boyutuna sahip anorganik partiküller kullanıldı. Yüzeyi modifiye edilmiş ve ticari olarak temin edilen Aerosil R709 silika nanometrik boyuta sahip anorganik partikül olarak kullanıldı. Mikron boyuta sahip partikül olarak ise yüzey modifikasyonları yapılan ve ticari olarak M8000, M6000, M4000, M3500 ve M3000 kodlarına sahip Çizelge 3.1’de ayrıntıları verilen silika partikülleri kullanıldı.

Kompozitlerin hazırlanması ile ilgili yapılan çalışmalarda tüm karışımlar aynı şekilde hazırlanmış olup, ağırlıkça %42 oranında [R709-M8000(1:1)] partikül karışımı, %28 oranında PMMA organik partikülleri ve %30 oranında [(40:40):20] bileşimine sahip [(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] monomer üçlüsünü içeren 10 g kompozitin hazırlanması örnek olarak verilmiştir:

0,05 g BOP’un 0,6 g TEGDMA içinde tamamen çözünmesi sağlandı. Sonra üzerine (1:1) oranda 2,4 g (UDMA:BISGMA) ilave edilerek mikserde 3600 dev/dk dönüş hızında 15 saniye boyunca karıştırıldı. Hazırlanan organik matrise sırasıyla 2,8 g PMMA ve 4,2 g [R709-M8000] partikül karışımı ilave edildi. Karışım kalıplara enjekte edildikten sonra belirli sıcaklık ve sürede sıcak preste polimerleştirildi (Şekil 3.2-a). Ardından polimerleşmenin sonlandırılması için kalıp soğuk prese aktarıldı (Şekil 3.2-b). Örneklerin değerlendirilmesinde ISO 4049 numaralı standartta tanımlanan eğme dayanımı, su emilimi ve çözünürlük testlerinin sonuçları dikkate alınarak uygun kompozitler geliştirildi.

43

Ağırlıkça [(40:40):20] oranında [(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] içeren Organik Matris-I’in kullanılmasıyla parametrik çalışmalar kapsamında yapılan ve Çizelge 3.11-3.19’da detayları verilen kompozitler hazırlanmıştır.

Ağırlıkça [nm/µm] partikül oranı ve mikron partikül boyutu etkisinin incelenmesi amacıyla yalnızca R709, [R709-mikron] partikül ikililerini ve [R709- mikron] ile diğer mikron boyuttaki partiküllerin oluşturduğu partikül üçlülerini içeren kompozitler hazırlanmıştır. 1,8 µm boyuta sahip M8000 ile hazırlanan sistemlere ait detaylı bilgiler Çizelge 3.11’de verilmiştir.

Çizelge 3.11. Ağırlıkça [nm/µm] partikül oranı ve partikül boyutu etkisinin incelenmesi

için hazırlanan yalnızca R709, [R709-M8000] partikül ikililerini ve [R709-M8000] ile diğer mikron boyuttaki partiküllerin oluşturduğu partikül üçlülerini içeren kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi Ağırlıkça [nm/µm] oranı

nano-R709

oranı (%) Mikron partikül türleri/oranı (%)

[(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] [(40:40):20] - 42 - - - M8000/42 1 21 M8000/21 0,45 13 M8000/29 0,45 13 M8000-M6000 (1:1)/29 0,45 13 M8000-M4000 (1:1)/29 0,45 13 M8000-M3500 (1:1)/29 0,45 13 M8000-M3000 (1:1)/29

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %28; [toplam partikül]: %42; [MPTS]: %5; [BOP]: %0,5; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 60 dk)

Mikron boyuttaki bir diğer partikül olan 3 µm boyuta sahip M6000’nin R709 ile oluşturduğu partikül ikilileri ve üçlüleri ile hazırlanan sistemlere ait detaylı bilgiler Çizelge 3.12’de verilmiştir.

Çizelge 3.12. Ağırlıkça [nm/µm] partikül oranı ve partikül boyutu etkisinin incelenmesi

için hazırlanan yalnızca R709, [R709-M6000] partikül ikililerini ve [R709-M6000] ile diğer mikron boyuttaki partiküllerin oluşturduğu partikül üçlülerini içeren kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi Ağırlıkça [nm/µm] oranı

nano-R709

oranı (%) Mikron partikül türleri/oranı (%)

[(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] [(40:40):20] - 42 - - - M6000/42 1 21 M6000/21 0,45 13 M6000/29 0,45 13 M6000-M8000 (1:1)/29 0,45 13 M6000-M4000 (1:1)/29 0,45 13 M6000-M3500 (1:1)/29 0,45 13 M6000-M3000 (1:1)/29

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %28; [toplam partikül]: %42; [MPTS]: %5; [BOP]: %0,5; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 60 dk)

44

Çizelge 3.13’de ise 5 µm boyutundaki M4000’nin R709 ile oluşturduğu partikül ikilileri ve üçlüleri ile hazırlanan sistemlere ait detaylı bilgiler verilmiştir.

Çizelge 3.13. Ağırlıkça [nm/µm] partikül oranı ve partikül boyutu etkisinin incelenmesi

için hazırlanan yalnızca R709, [R709-M4000] partikül ikililerini ve [R709-M4000] ile diğer mikron boyuttaki partiküllerin oluşturduğu partikül üçlülerini içeren kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi Ağırlıkça [nm/µm] oranı

nano-R709

oranı (%) Mikron partikül türleri/oranı (%)

[(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] [(40:40):20] - 42 - - - M4000/42 1 21 M4000/21 0,45 13 M4000/29 0,45 13 M4000-M8000 (1:1)/29 0,45 13 M4000-M6000 (1:1)/29 0,45 13 M4000-M3500 (1:1)/29 0,45 13 M4000-M3000 (1:1)/29

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %28; [toplam partikül]: %42; [MPTS]: %5; [BOP]: %0,5; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 60 dk)

Çizelge 3.14’te 11 µm boyutundaki M3500’ün R709 ile oluşturduğu partikül ikilileri ve üçlüleri ile hazırlanan sistemlere ait detaylı bilgiler verilmiştir.

Çizelge 3.14. Ağırlıkça [nm/µm] partikül oranı ve partikül boyutu etkisinin incelenmesi

için hazırlanan yalnızca R709, [R709-M3500] partikül ikililerini ve [R709-M3500] ile diğer mikron boyuttaki partiküllerin oluşturduğu partikül üçlülerini içeren kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi Ağırlıkça [nm/µm] oranı

nano-R709

oranı (%) Mikron partikül türü/oranı (%)

[(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] [(40:40):20] - 42 - - - M3500/42 1 21 M3500/21 0,45 13 M3500/29 0,45 13 M3500-M8000 (1:1)/29 0,45 13 M3500-M6000 (1:1)/29 0,45 13 M3500-M4000 (1:1)/29 0,45 13 M3500-M3000 (1:1)/29

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %28; [toplam partikül]: %42; [MPTS]: %5; [BOP]: %0,5; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 60 dk)

Son olarak, 14 µm boyutundaki M3000’ün R709 ile oluşturduğu partikül ikilileri ve üçlüleri ile hazırlanan sistemlere ait detaylı bilgiler Çizelge 3.15’de verilmiştir.

45

Çizelge 3.15. Ağırlıkça [nm/µm] partikül oranı ve partikül boyutu etkisinin incelenmesi

için hazırlanan yalnızca R709, [R709-M3000] partikül ikililerini ve [R709-M3000] ile diğer mikron boyuttaki partiküllerin oluşturduğu partikül üçlülerini içeren kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi Ağırlıkça [nm/µm] oranı

nano-R709

oranı (%) Mikron partikül türleri/oranı (%)

[(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] [(40:40):20] - 42 - - - M3000/42 1 21 M3000/21 0,45 13 M3000/29 0,45 13 M3000-M8000 (1:1)/29 0,45 13 M3000-M6000 (1:1)/29 0,45 13 M3000-M4000 (1:1)/29 0,45 13 M3000-M3500 (1:1)/29

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %28; [toplam partikül]: %42; [MPTS]: %5; [BOP]: %0,5; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 60 dk)

Sonuçlar değerlendirildiğinde, kompozitlerin hazırlanmasında oluşturulan boyut farklılığı eğme dayanımı değerlerini arttırmıştır. En yüksek eğme dayanımı değerleri R709’un sırası ile M6000-M3500, M6000-M3000 ve M4000-M3500 ile oluşturduğu üçlülerle hazırlanan kompozitlerde görülmüş olup ≥100 MPa’dır.

Yapay diş yapımında kullanılan kompozit malzemelerde estetik görünüm, önemli bir fiziksel özelliğidir. Mikron boyuttaki partikül içeren kompozitler değerlendirildiğinde, M8000’in kullanıldığı sistemler yarı-saydam bir görüntüye sahiptir. Bu nedenle, bundan sonra yapılacak çalışmalar için [R709-M8000] partikül ikilisi kullanılmasına karar verilmiş olup nano-mikron boyuta sahip partiküllerin ağırlıkça [nm/µm] oranı 0,45’te sabit tutulmuştur. Toplam anorganik partikül miktarının etkisinin incelenmesi amacıyla matris ve PMMA miktarının azaltılarak toplam partikül oranının ağırlıkça %50, 60 ve 65’e çıkarıldığı kompozitlere ait detaylı bilgiler Çizelge 3.16’da verilmiştir.

46

Çizelge 3.16. Toplam anorganik partikül miktarı etkisinin incelenmesi için hazırlanan

matris ve PMMA miktarının azaltılıp toplam partikül oranının ağırlıkça %50, 60 ve 65’e çıkarıldığı kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi Matris oranı (%) PMMA oranı (%) Toplam partikül oranı (%) nano-R709 oranı (%) Mikron partikül oranı (%) [( UDM A:B ISGMA( 1 :1 )) :TE GDM A] [( 4 0 :4 0 ):2 0 ] 30 28 42 13,0 29,0 22 28 50 15,5 34,5 30 20 50 15,5 34,5 12 28 60 18,5 41,5 30 10 60 18,5 41,5 7 28 65 20,2 44,8 30 5 65 20,2 44,8

(Sabit= [nm/µm]: 0,45; M8000; [MPTS]: %5; [BOP]: %0,5; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 60 dk)

Hazırlanan kompozitlere ait eğme dayanımı sonuçları değerlendirildiğinde, daha sonraki çalışmalarda PMMA miktarının düşürülerek toplam katı oranının %60 olmasına karar verilmiştir. Çizelge 3.17’de ise M8000 yerine diğer mikron boyuttaki partiküllerin kullanılarak toplam katının %42’den %60’a arttırılıp hazırlandığı kompozitlere ait detaylı bilgiler verilmiştir.

Çizelge 3.17. Mikron partikül boyutu etkisinin incelenmesi için hazırlanan toplam

anorganik partikül oranının %60’a çıkarıldığı kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi Mikron partikül türü

[(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] [(40:40):20] M8000 M6000 M4000 M3500 M3000

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %10; [toplam partikül]: %60; [nm/µm]: 0,45; [MPTS]: %5; [BOP]: %0,5; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 60 dk)

Yapılan çalışmalar sonucunda %60 oranında [R709-M3000] partikül ikilisi içeren kompozitin en yüksek eğme dayanımı değerine sahip olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle, M3000’ün diğer mikron boyuttaki partiküller ile oluşturduğu üçlülerinin kullanılarak toplam anorganik partikül oranının %60’a çıkarıldığı kompozitler hazırlanmıştır. Sistemlere ait detaylı bilgiler Çizelge 3.18’de gösterilmiştir.

47

Çizelge 3.18. Mikron partikül boyutu etkisinin incelenmesi için hazırlanan M3000’ün

diğer mikron boyuttaki partiküller ile oluşturduğu partikül üçlülerinin kullanılarak toplam anorganik partikül oranının %60’a çıkarıldığı kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi Mikron partikül türü

[(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] [(40:40):20] M3000-M8000 (1:1) M3000-M6000 (1:1) M3000-M4000 (1:1) M3000-M3500 (1:1)

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %10; [toplam partikül]: %60; [nm/µm]: 0,45; [MPTS]: %5; [BOP]: %0,5; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 60 dk)

Partikül ikilisini ve üçlüsünü içeren kompozitlerde toplam anorganik katı miktarının %42’den %60’a çıkartılması ile eğme dayanımı değerlerinde belirgin bir artma görülmüştür. Toplam katı oranının %60 olduğu kompozitler kendi içinde kıyaslandığında eğme dayanımı değerlerinde belirgin farklılıklar gözlenmemiştir. Hazırlanan kompozitlerin tümü değerlendirildiğinde ise yüksek değere sahip R709- M3000] partikül ikilileri ile [R709-M3000-M3500] partikül üçlüsünü içeren sistemler optik geçirgenliğin daha az olduğu yapay diş katmanlarından ÇEK’te kullanılmaya uygun olduğundan su emilimi ve çözünürlük davranışları değerlendirilmiştir.

Değişen başlatıcı oranı ve polimerleşme sıcaklığı/süresi parametrelerinin incelendiği ve Çizelge 3.19’da ayrıntıları verilen çalışmalar kapsamında hazırlanan kompozitlerde, yapay dişin kesici ön katmanı için gerekli yüksek ışık geçirgenliğini sağlayacak [R709-M8000] partikül ikilisi kullanılmaya devam edilmiştir.

Çizelge 3.19. Değişen başlatıcı oranı ve polimerleşme sıcaklığı/süresi etkisinin

incelenmesi için hazırlanan [R709-M8000] partikül ikilisinin kullanıldığı kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi BOP oranı (%) Sıcaklık (°C) Süre (dk)

[(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] [(40:40):20] 0,5 120 60 0,5 120 30 0,5 120 15 1 120 15 1,5 120 15 2 120 15 2 150 15 2 170 15

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %10; [toplam partikül]: %60; [nm/µm]: 0,45; M8000; [MPTS]: %5)

Eğme dayanımı testi sonuçları değerlendirildiğinde, BOP’un ağırlıkça %2 oranında kullanılmasına ve kompozitlerin 120°C’de 15 dakika polimerleştirilmesine karar verilmiştir.

48

Mikron boyuttaki anorganik partiküllerin yüzey modifikasyonlarının eğme dayanımı üzerine etkisi incelenerek uygun modifikasyon oranlarının belirlenmesi amacıyla hazırlanan kompozitlere ait detaylı bilgiler Çizelge 3.20’de verilmiştir.

Çizelge 3.20. Modifikasyon oranı etkisinin incelenmesi için hazırlanan R709 ile

yüzeyleri farklı oranlarda modifiye edilmiş mikron boyuttaki partiküllerin oluşturduğu ikililerin kullanıldığı kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Mikron partikül türü M8000 M6000 M4000 M3500 M3000 Modifikasyon oranı (%) 1,00; 1,50; 2,50; 5,00 0,63; 1,00; 2,50; 5,00 0,43; 0,65; 1,00; 2,50; 5,00 0,25; 0,37; 0,75; 1,00; 2,50; 5,00 0,19; 0,28; 0,60; 1,00; 2,50; 5,00 Matris bileşimi [(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] [(40:40):20]

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %10; [toplam partikül]: %60; [nm/µm]: 0,45; [BOP]: %2; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 15 dk)

Partiküllerin organik matris içerisine katkılanması ile hazırlanmış kompozitin işlenme kolaylığı da göz önünde bulundurulduğunda; M8000 için ağırlıkça %1.5, diğer mikron boyuttaki partiküller için ağırlıkça %1 uygun modifikasyon oranı olarak tercih edilmiştir. Karar verilen modifikasyon oranlarındaki tüm partiküllerin yapay diş katmanlarından hidrofob özellik kazandırılması hedeflenen KÖK’te kullanılma olasılığı nedeniyle, tüm partikülleri içeren kompozitlerin su emilimi ve çözünürlük davranışları da değerlendirilmiştir.

Bundan sonraki düşük başlatıcı oranı (%0,5) ile yüksek polimerleşme sıcaklık/kısa süre parametrelerinin incelendiği ve Çizelge 3.21’de ayrıntıları verilen çalışmalar kapsamında hazırlanan kompozitlerde de yukarıda belirtilen gerekçe nedeniyle [R709-M8000] partikül ikilisi kullanılmıştır.

Çizelge 3.21. Düşük başlatıcı oranında polimerleşme sıcaklığı/süresi etkisinin

incelenmesi için hazırlanan [R709-M8000] partikül ikilisinin kullanıldığı kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi Sıcaklık (°C) Süre (dk) [(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA] [(40:40):20] 120 30 120 15 150 30 150 15 170 30 170 15

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %10; [toplam partikül]: %60; [nm/µm]: 0,45; M8000; [MPTS]: %1,5; [BOP]: %0,5)

Artan sıcaklıkla beraber eğme dayanımı değerleri azalırken sabit polimerleşme sıcaklığında kompozitlerin eğme dayanımı değerlerinde 15 dk’dan 30 dk’ya belirgin değişim gözlenmemiştir. Bu nedenle, sonraki çalışmalarda polimerleşme için ağırlıkça

49

%2 BOP kullanılıp uygun sıcaklık/sürenin 120°C/15 dk olarak uygulamaya devam edilmesine karar verilmiştir.

Arka alt/üst dişlerdeki çiğneme kuvvetlerine karşı koyabilmesi için beklenen mekanik dayanım BOY ve KAK’ta kullanılacak olan kompozit diş malzemelerin hazırlanmasında belirleyici olmuştur. Bu nedenle, Organik Matris-II şeklinde kodlanan

ağırlıkça [(80:10):10] oranında [(UDMA:BISGMA(1:1)):TEGDMA]’nın

kullanılmasıyla yapılan parametrik çalışmalar kapsamında Çizelge 3.21-3.23’de detayları verilen kompozitler hazırlanmıştır. İlk olarak, hazırlanan kompozitin ana bileşenlerinden matrisin yüksek miktarlarda partikül ile çalışmaya uygunluğu eğme dayanımı üzerine toplam anorganik partikül miktarının etkisinin incelenmesi ile değerlendirilmiştir. Bu kapsamda, matris ve PMMA miktarının azaltılarak toplam partikül oranının ağırlıkça %50, 60 ve 65’e çıkarıldığı kompozitlere ait detaylı bilgiler Çizelge 3.22’de verilmiştir.

Çizelge 3.22. Toplam partikül miktarı etkisinin incelenmesi için matris ve PMMA

miktarının azaltılıp toplam partikül oranının ağırlıkça %50, 60 ve 65’e çıkarılarak hazırlanan kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi Matris oranı (%)

PMMA

oranı (%) Toplam partikül oranı (%)

nano-R709

oranı (%) Mikron partikül oranı (%)

[( UDM A:B ISGMA) :TE G DM A] [( 8 0 :1 0 ):1 0 ] 30 28 42 13,0 29,0 22 28 50 15,5 34,5 30 20 50 15,5 34,5 12 28 60 18,5 41,5 30 10 60 18,5 41,5 7 28 65 20,2 44,8 30 5 65 20,2 44,8

(Sabit= [nm/µm]: 0,45; M8000; [MPTS]: %1.5; [BOP]: %2; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 15 dk)

Toplam katının arttırılmasıyla hazırlanan kompozitlere ait eğme dayanımı sonuçları değerlendirildiğinde, daha sonraki çalışmalarda PMMA miktarının düşürülerek toplam katı oranının %65 olmasına karar verilmiştir. Bundan sonraki yapılan çalışmada ise Çizelge 3.23’de ayrıntıları verilen kompozitlerde [nm/µm] oranının hazırlanan kompozitlerin eğme dayanımı değerlerindeki değişime etkisi incelenmiştir.

50

Çizelge 3.23. Ağırlıkça [nm/µm] partikül oranı etkisinin incelenmesi için hazırlanan

[R709-M8000] partikül ikilisinin kullanıldığı kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi [nm/µm] oranı nano-R709 oranı (%)

Mikron partikül oranı (%) [(UDMA:BISGMA):TEGDMA] [(80:10):10] 0,40 18,5 46,5 0,45 20,2 44,8 0,57 23,5 41,5

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %5; [toplam partikül]: %65; M8000,[MPTS]: %1,5; [BOP]: %2; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 15 dk)

Kompozitlerde eğme dayanımı üzerine her bir [nm/µm] oranı aynı derecede etki gösterdiğinden 0,40 ve 0,57 olmak üzere alt ve üst oranlar seçilmiştir. Çizelge 3.24’de ise alt ve üst [nm/µm] oranlarının dikkate alındığı, M8000 yerine diğer mikron boyuttaki partiküllerin kullanıldığı ve toplam katının %65’e arttırılarak hazırlandığı kompozitlere ait detaylı bilgiler verilmiştir.

Çizelge 3.24. Mikron partikül boyutu etkisinin incelenmesi için hazırlanan [nm/µm]

oranının 0,40 ve 0,57 olduğu, partikül ikililerinin kullanılarak toplam anorganik partikül oranının %60’a çıkarıldığı kompozitlere ait ayrıntılı bilgiler

Matris bileşimi [nm/µm] oranı nano-R709 oranı (%)

Mikron partikül türü /oranı (%) [(UDMA:BISGMA):TEGDMA] [(80:10):10] 0,40 18,5 M8000/46,5 0,57 23,5 M8000/41,5 0,40 18,5 M6000/46,5 0,57 23,5 M6000/41,5 0,40 18,5 M4000/46,5 0,57 23,5 M4000/41,5 0,40 18,5 M3500/46,5 0,57 23,5 M3500/41,5 0,40 18,5 M3000/46,5 0,57 23,5 M3000/41,5

(Sabit= [Matris]: %30; [PMMA]: %5; [toplam partikül]: %65; [MPTS]: %1,5-1; [BOP]: %2; sıcaklık: 120°C; polimerizasyon süresi: 15 dk)

Daha belirgin eğme dayanımı değerleri her iki [nm/µm] oranında ve [R709- M8000] partikül ikilisinin kullanılarak hazırlandığı kompozitlerde elde edilmiş ve sahip oldukları bu değerlerin yapay diş katmanlarından BOY ve KAK’ta kullanılmaya uygun olması nedeniyle su emilimi ve çözünürlük davranışları değerlendirilmiştir.